Robots para las centrales nucleares

Robots
para
las
centrales
nucleares
por Taylor Moore
Odex, un robot móvil con potencial para usos múltiples. (Cortesía de Odetics)
En los Estados Unidos de América, la tecnología de los robots utilizada en las operaciones de limpieza
de TMI-2 y otras centrales nucleares ha suscitado interés y ha orientado las investigaciones sobre la
forma en que mejor se podrían utilizar los robots
Limitados en el pasado a las
páginas de la ciencia ficción, en los
últimos años los robots han atraído
de forma espectacular la atención
del público y de la comunidad
comercial industrial. Muchos
observadores consideran que
constituyen el sello de la neoindustrialización, al imprimir un
renovado vigor económico y carácter
competitivo a industrias deprimidas
mediante el aumento de la productividad y la reducción del costo de
la mano de obra.
Sin embargo, al mismo tiempo
los trabajadores suelen reaccionar
con recelo ante la imagen mental
de un robot capaz de realizar una
tarea que antes requería un ser
humano. Sin duda, las repercusiones sociales de la robotización
de la industria norteamericana serán
motivo de mayores inquietudes para
los trabajadores, administradores y
dirigentes por igual a medida que
un mayor número de robots
irrumpan en las industrias.
Según la Robotics Industries
Association, a fines de 1983 sólo se
habían distribuido en los Estados
Unidos 6300 robots de los cuales la
mayoría se había instalado desde
1976. Pero la fuerza de los cambios
tecnológicos y la presión de la competencia económica internacional
prometen un acelerado ritmo de
despliegue de robots para los años
venideros. Algunos expertos predicen que para 1990 este país puede
llegar a tener 100 000 robots en
funcionamiento - u n a décima parte
del total programado a nivel mundial.
En la mayoría de las industrias
en que se han introducido o se
espera introducir robots en cantidades significativas, tales como la
producción de automóviles, la
metalurgia y la fabricación de
maquinaria, los incentivos de la
introducción de robots se relacionan
directamente con la preservación o
recuperación de ventajas competitivas mediante la reducción de los
costos unitarios de producción y el
mejoramiento de la calidad de los
productos. Pero para algunas
industrias, el atractivo de los robots
radica en la posibilidad que tienen
de trabajar en medios peligrosos,
reduciendo así los riesgos asociados
al trabajo a que se expone el hombre.
Este es el caso de la industria de
generación de electricidad. Aunque
la mayoría de los fabricantes de
robots industriales no consideran
que las compañías eléctricas sean un
mercado potencial importante, se
están fabricando robots de aplicaciones especiales para que realicen
actividades de inspección y mantenimiento dentro de las centrales
nucleoeléctricas, donde los niveles
de radiación, el calor y la humedad
impiden la presencia de trabajadores
o limitan seriamente sus posibilidades
de trabajo. Sería muy conveniente
añadir robots al personal de una
central nuclear para que realizaran
muchas de estas tareas, ya que
eximiría al hombre de algunas de
las labores más onerosas y molestas
y, posiblemente, permitiría realizar
determinadas tareas con la central
en línea, evitándose así costosas
paradas de la central para actividades
de inspección y mantenimiento.
Algunos de los robots en construcción para aplicaciones en las
compañías eléctricas representan el
estado actual de los conocimientos
en ingeniería de la robótica, y los
esfuerzos de investigación afines
podrían producir novedades de
amplia aplicación en otras industrias.
En la actualidad el EPRI tiene
algunos proyectos encaminados a
El Sr. Moore es miembro del personal del EPRI Journal, de donde se tomó este artículo para su reimpresión. El EPRI es el Electric
Power Research Institute, de los EE.UU., P.O. Box 10412, Palo Alto, California 94303. Los colaboradores técnicos del EPRI en la
preparación de este artículo fueron Floyd Gelhaus, Michael Kolar, Thomas Law, Adrian Roberts y R.K. Winkleblack.
OIEA B O L E T Í N , OTOÑO DE 1985
31
La energía nucleoelectrica y la electrónica
evaluar las posibilidades técnicas y
económicas de la aplicación de
robots en las operaciones de las
compañías eléctricas y a transmitir
los conocimientos así alcanzados a
los profesionales de dichas compañías, que tienen abundante
trabajo en espera de robots que
demuestren ser confiables y eficaces
desde el punto de vista del costo.
Esa investigación tiene necesariamente un largo alcance. La industria
de la robótica, que según la definición más amplia tiene menos de
20 años, sigue en una etapa incipiente a la espera de mejoras técnicas
sustanciales en sistemas visuales,
miniaturización y controles mediante
computadora, antes de que robots
verdaderamente económicos, versátiles y potentes pasen a ser artículos
comerciales corrientes. Pero el
éxito de la I y D en materia de robots
en años recientes indica que esas
máquinas saldrán de los laboratorios
y entrarán en el mercado comercial
antes de que finalice este decenio.
Las investigaciones del EPRI sobre
aplicaciones de la robótica están
dirigidas, al menos en parte, a
garantizar que cuando llegue ese
momento, las compañías eléctricas
tengan una clara comprensión de los
servicios que los robots pueden
prestarles y puedan determinar si
su empleo tiene sentido desde el
punto de vista económico.
Robots para centrales nucleares
No es nuevo el empleo de equipos
teledirigidos y similares a los robots
para proteger a los trabajadores en
las zonas de alta radiación de las
centrales nucleares. John Taylor,
uno de los vicepresidentes del EPRI
y director de la División de Energía
Nucleoelectrica, divide el equipo
robótico para aplicaciones nucleares
en dos categorías amplias: los
dispositivos para un fin determinado
con capacidad limitada para realizar
diferentes operaciones, y los robots
reprogramables y de uso general
con cierto grado de inteligencia
artificial basada en computadoras.
"Creo que la primera categoría
ha alcanzado un nivel de madurez
razonable", dice Taylor. En el Nondestructive Evaluation (NDE) Center
del EPRI y entre los fabricantes de
reactores, los contratistas de servicios
nucleares y algunas compañías eléctricas, los dispositivos de este tipo
se emplean en la actualidad para
tareas como corte de tuberías,
soldadura, inspección y reparación
de los tubos del generador de vapor,
así como en la exploración ultrasónica de secciones de las tuberías
para detectar fisuras. Taylor añade:
"Estos dispositivos han demostrado
ser absolutamente esenciales; hay
algunos trabajos que simplemente
no podríamos hacer sin ellos."
Los robots de la segunda categoría, los que tienen suficiente
inteligencia basada en computa32
doras para apoyar diversas aplicaciones, "tienen que recorrer un largo
trecho", según palabras de Taylor,
antes de poder demostrar ventajas
prácticas significativas en las labores
de las centrales nucleares. Pero,
como añade Taylor, esos robots
están en construcción y se espera
que los ensayos iniciales ofrezcan
ideas valiosas acerca de sus verdaderas posibilidades.
Poco después que se fabricaron
los brazos manipuladores teledirigidos para utilizarlos en células
calientes y en actividades de reelaboración de combustible, en el
decenio de 1950 se presentó por
primera vez, en la instalación nuclear
Hanford del estado de Washington,
un brazo fijado a un transportador
con cámaras y luces. El vehículo
transportador teledirigido, fabricado
por Westinghouse Hanford Co.,
recibió el nombre de Louie después
que un técnico garabateó el apodo
en el brazo del robot. Louie demostró
ser un trabajador tenaz, versátil y
duradero y todavía presta servicios.
Algunos aspectos fundamentales
sobre la forma en que este equipo se
aplica distinguen a los equipos
robóticos para aplicaciones en las
centrales nucleares de los ya muy
conocidos robots industriales —esos
dispositivos fijos que habitualmente
se utilizan para operaciones de selección y colocación u otras tareas muy
reiterativas.
Muchas de las aplicaciones
industriales de los robots persiguen
el objetivo de sustituir a los trabajadores con máquinas que son más
productivas, eficaces y exactas. Pero
en el caso de las aplicaciones
nucleares, el objetivo no es tanto
sustituir a los trabajadores como
extender su presencia —por ejemplo,
proyectar su alcance hasta las zonas
de una central nuclear en las que el
medio térmico o radiactivo prohibe
o limita la presencia del hombre.
R.K. Winkleblack, un director
de proyectos del EPRI de la División
de Energía Nucleoelectrica expresa:
"En contraste con la mayoría de las
aplicaciones de la robótica, queremos
mantener al hombre en los circuitos
en vez de sustituirlo, para que observe
el trabajo, adopte decisiones y controle al robot. "Para hablar con
propiedad", añade Winkleblack, "los
dispositivos que procuramos son
equipos controlados a distancia y no
verdaderos robots".
Aumento de la disponibilidad
La motivación económica del
empleo de robots para la inspección
y el mantenimiento de las centrales
nucleares se centra en sus posibilidades para aumentar la disponibilidad de la central; otra razón es su
posibilidad de reducir la exposición
profesional a las radiaciones (EPR)
del personal de la central.
Muchas de las actividades de
inspección y mantenimiento sólo
pueden realizarse cuando el reactor
está parado, porque mientras está
en funcionamiento los niveles de
radiación resultarían demasiado
altos para el hombre aunque estuviera
provisto de toda la indumentaria
protectora. Por lo general estas
actividades se posponen hasta las
paradas forzosas previstas para carga
de combustible, a fin de reducir al
mínimo las interrupciones de la
central. Por consiguiente, pueden
formar parte de la vía crítica de
actividad que resulta necesaria para
volver a poner en funcionamiento
la central.
Las demoras son críticas para la
disponibilidad de la central y,
además, costosas. La energía que
se compra para sustituir la producción de un reactor de 1000 MW(e)
cuesta diariamente un promedio de
500 000 dólares. Los robots podrían
contribuir a aumentar la disponibilidad de la central al evitar demoras
en las paradas forzosas previstas y
realizar algunas tareas mientras el
reactor está en funcionamiento.
En la actualidad el reglamento
federal limita a los operarios de la
esfera nuclear a no más de 3 rem
por trimestre o a un total anual de
5 rem*. Esto significa que para
muchos trabajos habituales se debe
asignar a un gran número de operarios
una pequeña parte del trabajo, ya
que cada uno alcanzará rápidamente
el límite de EPR tras lo cual deben
quedar limitados a zonas exentas de
radiación hasta el siguiente trimestre.
Por consiguiente, las compañías de
electricidad se ven obligadas a
emplear cantidades significativas de
operarios temporeros, o a los llamados móviles, a saber, el personal
que pasa a otro trabajo después que
ha recibido el límite de EPR.
Conforme a una estimación de
la Nuclear Regulatory Commission
(NRC), cada hombre-rem de exposición del personal tiene un valor de
1000 dólares para las compañías
eléctricas, aunque algunas asignan un
valor de por lo menos 5000 dólares
a un hombre-rem. Algunos tipos
de trabajos, como los estudios sobre
la protección radiológica y la
inspección de sistemas de refrigeración primarios del reactor pueden
estar asociados a campos de radiación de varios cientos de rads por
hora.
En el futuro, las compañías
eléctricas quizá tengan que enfrentar
límites de EPR aún más adversos.
Además de las directrices que exigen
a las compañías mantener los niveles
de EPR "dentro de los límites más
bajos que razonablemente se puedan
conseguir", durante algunos años
la NRC ha estudiado propuestas para
reducir las normas de EPR; ese hecho
* En la práctica internacional, el rem ha
sido reemplazado por el sievert de
conformidad con las recomendaciones de
la Organización Internacional de
Normalización. Un sievert corresponde a
100 rem.
OIEA BOLETÍN, OTOÑO DE 1985
La energía nucleoeléctrica y la electrónica
podría tener una repercusión multiplicativa en los gastos de las
compañías eléctricas por concepto
de exposición del personal.
Análisis de la viabilidad
El EPRI y la NRC han patrocinado evaluaciones preliminares
de las posibles aplicaciones de la
robótica en las centrales núcleoeléctricas. La NRC, motivada
fundamentalmente por el objetivo
de reducir las dosis de radiación del
personal, examinó ante todo las
tareas de vigilancia y supervisión en
un estudio que realizó la Remote
Technology Group. El análisis del
EPRI, que llevó a cabo Battelle,
Columbus Laboratories, se centró
en las actividades de mantenimiento
y trató de determinar posibles
mejoras de la disponibilidad así
como oportunidades de reducir la
exposición a las radiaciones.
En cada estudio se intentó
cuantificar el costo en EPR y
horas-hombre de diversos trabajos
que un sistema de robot podría ser
capaz de realizar; después se compararon los costos con los del robot
y sus sistemas auxiliares y personal
de apoyo conexos.
Las tareas de vigilancia e inspección evaluadas en el estudio de la
NRC abarcan desde la detección de
fugas de vapor o agua, la verificación de las posiciones de las válvulas
y la lectura de calibradores hasta la
medición de los niveles de radiación
en los componentes y diversos
métodos de muestreo para detectar
la contaminación. En el estudio del
EPRI se examinaron 22 tareas que
se realizan habitualmente o durante
la recarga de combustible, incluidos
el mantenimiento del mecanismo de
impulsión de las barras de control,
la reparación de los tubos del
generador de vapor, y la reparación
o sustitución de varias bombas y
válvulas.
Aunque el alcance de las actividades analizadas era diferente, en
ambos estudios se concluyó que
había beneficios económicos netos
positivos y potencialmente importantes en la aplicación de robots en
las centrales nucleares. En el estudio
de la NRC, basado en la aplicación
de una metodología costo-beneficio
en dos centrales existentes, se concluyó que la tecnología de la robótica
disponible en el mercado puede
adaptarse a las centrales existentes
y reducirá tanto la exposición de
los trabajadores a las radiaciones
como los costos de funcionamiento
de la central.
Sin embargo, en el estudio de la
NRC se advirtió que los beneficios
pueden variar significativamente de
una central a otra debido a diferencias en los factores del diseño y en
el historial de explotación. En el
informe se alienta a las compañías
eléctricas a que realicen análisis de
costo-beneficio específicos para
OIEA BOLETÍN, OTOÑO DE 1985
cada central, incluido el examen de
todos los costos de la entrada de
personal en las zonas de radiación,
a fin de determinar si las aplicaciones de la robótica para ese tipo
de inspecciones son económicas.
En el estudio de Battelle para el
EPRI se exploraron las posibles
aplicaciones en el mantenimiento
a fin de seleccionar tareas determinadas que fueran comunes a
muchas centrales nucleares, constituyeran una parte importante de
los costos de mantenimiento y fueran
realizables dentro de los límites de
la tecnología de robots existente.
Se hicieron análisis complementarios
de costo-beneficio en relación con
el empleo de robots en la limpieza
de la cavidad del reactor, la vigilancia con fines de protección
radiológica y el desatornillado y
fijación de aletas. A pesar de la
aplicabilidad de la tecnología de
robots existente a estas tareas, se
concluyó que ninguna de ellas
podría realizarse con robots sin
antes perfeccionar la tecnología.
Aplicando el método del valor
neto actual, los investigadores de
Battelle hallaron que el costo del
empleo de robots en la limpieza de
la cavidad; del reactor y en el
atornillado.de mantenimiento se
amortizaría en menos de un año,
y que los costos de su aplicación a
la vigilancia con fines de protección
radiológica se amortizarían en unos
tres años. Luego se comprobaron
los resultados empleando una escala
de valores para los costos por
tiempo de parada forzosa y por
exposición a las radiaciones.
Hasta con los valores más bajos
(700 dólares por exposición
rem/hombre y 300000 dólares por
cada día de parada forzosa), la
robotización del atornillado de
mantenimiento se amortizaría en
poco más de un año, mientras que
los costos de las actividades de
vigilancia con fines de protección
radiológica requerirían, según el
estudio, menos de cuatro años. En
total, el estudio indicó ahorros
fluctuantes entre 100000 y un
millón de dólares por robot en valor
neto actual, con un precio de compra
de cada robot proyectado en menos
de 200 000 dólares.
No obstante, los investigadores
de Battelle hicieron una importante
salvedad, a saber, la limitada disponibilidad de equipos comerciales
robóticos diseñados específicamente para aplicaciones nucleares.
Como la industria nuclear no ha
constituido un mercado importante
para los fabricantes de robots, en
general se ha dejado este giro a
firmas comerciales más pequeñas
que pueden adaptar los equipos
robóticos a aplicaciones de poco
volumen.
Por consiguiente, señala el estudio,
la industria nuclear necesita financiar
de alguna manera estas innovaciones
o atraer a empresarios que estén
dispuestos a dar respaldo financiero
a la tecnología durante su fase de
demostración. Esto contrasta con
la situación del Japón, donde las
relaciones de cooperación entre las
empresas eléctricas y los vendedores
han permitido lograr un enfoque
más unificado.
Desarrollo de prototipos
Lo más importante de las investigaciones del EPRI en robótica es su
participación en el desarrollo y
ensayo de varios prototipos de
sistemas de robots que podrían ser
precursores de máquinas disponibles
a escala comercial. Algunos de
estos robots podrían usarse como
vehículos de acarreo para transportar
a zonas de alta radiación otros
equipos robóticos tales como un
desatornillador de aletas o un
reparador de los tubos del generador
de vapor, poner a funcionar el dispositivo más pequeño y vigilar su
actividad. Por otra parte, algunos
robots menos capaces para trabajos
complicados podrían usarse como
maestros inteligentes para controlar
el trabajo de los autómatas más
fuertes.
Algunos prototipos de robots se
están empleando por primera vez en
la recuperación y limpieza de la
unidad 2 dañada de la central nuclear
de Three Mile Island, Pensilvania,
emplazamiento donde en marzo de
1979 ocurrió un accidente con
pérdida de refrigerante que destruyó
gran parte del núcleo del reactor y
bloqueó el acceso de seres humanos
a grandes zonas del edificio de contención del reactor. La inspección
a distancia ha demostrado que
existen campos radiactivos de
hasta 3000 rad/h en algunas zonas
de contención*.
Según Adrian Roberts, director
principal de programas de la División
de Energía Nuclear del EPRI y
director de su programa de información y examen de TMI-2, las actividades de limpieza de TMI se han
convertido en un acicate muy fuerte
para el desarrollo de equipos
robóticos. "En TMI tenemos un
reto para la robótica, que es real y
de actualidad; algunos de los trabajos simplemente no pueden
hacerse más que a distancia. Y
como no podemos esperar por el
robot perfecto, estamos aprovechando la labor realizada en varias
esferas para crear robots que lo
hagan. Si se demuestra que los
robots sirven para determinados
trabajos en TMI, podrán emplearse
en otras centrales nucleares."
De hecho, en TMI se han realizado
varios ensayos con robots desde que
ocurrió el accidente. En agosto de
1982, se utilizó un vehículo tipo
tanque con orugas dirigido a distancia, de 25 libras (11 kg), suministrado
* En la práctica internacional, el rad ha
sido reemplazado por el gray. Un gray
corresponde a 100 rad.
33
Robots en TMI-2
Las labores de limpieza y recuperación del reactor dañado de TMI-2 en Pensilvania constituye un reto singular para la
aplicación de la tecnología de los robots. Dos manipuladores teledirigidos llamados Fred y SISI han prestado ya servicio
en actividades de vigilancia y descontaminación. Al RRV, apodado Rover, se le ha asignado la tarea de inspeccionar el
sótano contaminado del edificio de contención del reactor. Se ha creado una máquina teledirigida de desbastamiento para
eliminar las capas contaminadas de los pisos de hormigón. Se ha confiado a Louie, modificado especialmente para el
trabajo en T M I , la vigilancia de los niveles de radiación a medida que se descontamina el tanque de desmineralización de
la central. Se ha propuesto que Rosa, un versátil brazo manipulador teledirigido, ayude en la descarga de combustible del
núcleo del reactor de TMI-2.
Rosa
(extracción de combustible del núcleo)
SISI
(vigilancia por control remoto)
r\
r\
Edificio
auxiliar
LFCZDC
to
KJ
v_y
j
3-
Desbastadora teledirigida
(descontaminación)
34
Fred
(descontaminación)
01EA B O L E T Í N , OTOÑO DE 1985
La energía nucleoeléctrica y la electrónica
por el DOE y llamado SISI (sistema
de inspección en servicio) para fotografiar y obtener lecturas de la radiación en zonas aledañas al sistema de
agua de reposición y purificación
del agua de la central. Los filtros
del sistema de agua están muy contaminados con materiales de fisión
procedentes del sistema de enfriamiento primario del núcleo. En la
primavera siguiente se instaló un
pulverizador de agua a alta presión
en un dispositivo dirigido a distancia
de seis ruedas, apodado Fred, y se
usó para descontaminar las paredes
y el piso de un cubículo de bombeo
situado en el sótano del edificio
auxiliar. Fred pesa 400 libras
(181 kg); su brazo mecánico puede
levantar 150 libras (68 kg) y
extenderse hasta una altura de
6 pies (1,8 m).
El venerable Louie, de la
Westinghouse Hanford, fue llevado
a TMI para realizar una caracterización radiológica durante la descontaminación del sistema de purificación del agua. Louie, conocido
oficialmente como vehículo de
transporte teledirigido, se usará
para vigilar los niveles de radiación
a medida que se eliminen del sistema
de agua las resinas del desmineralizador. Aunque para esta operación
no se necesitará la fuerza de sustentación de aproximadamente 1000 libras
(454 kg) del robot, sus cámaras de
televisión protegidas contra la
radiación pasarán una dura prueba
cerca del tanque desmineralizador,
cuya lectura por contacto es de
3000 rad/h.
Quizás el empeño más ambicioso
hasta ahora en la aplicación de la
robótica a las operaciones de
limpieza de TMI haya sido el desarrollo por el Civil Engineering and
Construction Robotics Laboratory
de la Carnegie-Mellon University
(CMU), con el apoyo del EPRI, del
vehículo de reconocimiento a
distancia (RRV) para explorar el
sótano del edificio de contención
del reactor. El sótano, al que
ningún ser humano ha entrado desde
hace más de cinco años, sigue
estando muy contaminado por el
fango radiactivo que dejaron
aproximadamente 600 000 galones
(2270 m 3 ) de agua, incluida el agua
primaria de enfriamiento, la mayor
parte de la cual se ha extraído ya
por bombeo.
Al RRV, apodado Rover por la
Corporación Nuclear GPU, compañía de electricidad que funciona
en TMI, se le ha asignado la tarea
de entrar en el obscuro y húmedo
sótano mediante una grúa de izaje,
inspeccionar el lugar con sus tres
cámaras de televisión y hacer un
reconocimiento radiológico del
área con varios instrumentos de
detección que lleva a bordo.
El RRV, de seis ruedas y 1000 Ib
(454 kg) de peso, fue construido en
un esfuerzo conjunto del EPRI,
CMU, GPU Nuclear, DOE y la Ben
01EA B O L E T Í N , OTOÑO DE 1985
IRIS —Sistema de inspección industrial teledirigido— es un robot de uso general que se
utiliza en medios riesgosos. (Cortesía de EPRI)
Franklin Partnership, de Pensilvania,
y diseñado por William Whittaker,
profesor auxiliar de ingeniería civil
y director del laboratorio de robótica
de la CMU. Se caracteriza por llevar
a bordo un innovador sistema de
cable umbilical bobinado diseñado
para que el vehículo pueda sortear
los obstáculos sin trabar el cable.
Un armazón de acero inoxidable
fijado en la base del transportador
soporta el carrete del cable, las
cámaras, los instrumentos de vigilancia y los sistemas de control.
El diseño del vehículo también
permite someterlo a una rápida descontaminación por nebulización
con agua después que abandona las
zonas de trabajo.
Un equipo de dos personas controla el RRV desde un tablero provisto de monitores de televisión y
emplazado a una distancia prudente
de la zona de riesgo (en TMI, esta
distancia es mayor de 500 pies, o
150 m); una persona dirige el equipo
y manipula las cámaras mientras que
la otra opera el carrete del cable.
Varios grupos de operadores hicieron
prácticas de maniobras con el RRV
durante algunos meses por un
recorrido improvisado con obstáculos
en el edificio de turbinas anexo (zona
de estacionamiento para gran parte
del trabajo de limpieza) a modo de
preparación para hacer descender
el vehículo al sótano de contención.
El RRV es el primero de tres
vehículos teleguiados similares
que se construirán en el marco del
programa conjunto de recuperación
de TMI. Una característica importante del diseño es que el armazón
fijado sobre el chasis se puede desmontar para colocar otro equipo
en el transportador. El segundo
vehículo de base RRV ha sido
modificado por Pentek, Inc., contratista de obras del EPRI en TMI, y está
dotado de una desbastadora neumática y un sistema de vacío para
eliminar de los pisos la capa superior
de concreto contaminada en algunas
partes del edificio del reactor.
Un tercer RRV permanece en el
laboratorio de robótica de la CMU
en espera de innovaciones ulteriores.
Entre otras tareas para las que se
propone efectuar modificaciones
futuras al prototipo de RRV figuran
la recogida de muestras de líquido
y fango del sótano de contención,
recogida de muestras de concreto
del piso y las paredes del núcleo y
el desmantelamiento de algunas
estructuras menores.
"En TMI se necesita disponer de
vehículos de trabajo que sean muy
potentes, fiables y tengan una gran
movilidad", explica Whittaker, el
diseñador del RRV. "Los problemas
existentes en TMI son muy físicos
y activos, y para resolverlos se necesitan equipos igualmente físicos y
activos. Ahora bien, es seguro que
ninguna máquina podrá hacerlo
todo, por eso nos proponemos crear
una familia de estos artefactos. Uno
de los módulos podría ser un RRV
plenamente configurado para supervisar la actividad de un robot auxiliar
que solamente portaría herramientas.
35
La energía nucleoelectrica y la electrónica
Otra posibilidad es una versión en
miniatura del RRV radiodirigido
desde un vehículo madre."
No hay duda de que los equipos
robóticos están resultando ser una
valiosa herramienta en las actividades de recuperación de TMI. Se
han previsto otras aplicaciones de
robots en el emplazamiento. Para
el vaciado de combustible del
núcleo del reactor de TMI, planificado, en principio, para el año
próximo, se ha propuesto el empleo
de un brazo manipulador construido
por la Westinghouse Electric Co.
que se conoce por el nombre de
Rosa (siglas en inglés de brazo de
servicio dirigido a distancia). Rosa,
que también puede funcionar debajo
del agua, es ya conocido en algunas
compañías de electricidad que
explotan reactores de agua a
presión, por su capacidad para
inspeccionar y reparar automáticamente los tubos del generador de
vapor después de instalado en éste
por el personal de servicio.
En espera de los acontecimientos
Además de los robots que se han
desplegado en TMI, el EPRI está
evaluando otros dos prototipos que
podrían resultar útiles en las centrales nucleares. Estas máquinas
podrían convertirse en parientes
cercanas de las máquinas de la
familia de robots de TMI que
Whittaker tiene en proyecto.
Una de ellas, fabricada por
Advanced Resource Development
(ARD) Corp., se conoce como
sistema de inspección industrial
teledirigido (IRIS). El IRIS,
diseñado como un robot multipropósito de vigilancia e inspección para medios riesgosos, es un
transportador montado en orugas,
relativamente pequeño (en comparación con el RRV), y accionado
por baterías, en el que se pueden
instalar sensores ópticos, de audio
y ambientales, manipuladores y
subsistemas de comunicaciones y
control.
El IRIS pesa 200 libras (91 kg)
y está dotado de un singular sistema
de radiocomunicación de alta frecuencia diseñado especialmente
para funcionar en un medio lleno
de barreras físicas e interferencia de
señales, lo cual le brinda más movilidad y alcance que la mayoría de
los demás robots construidos hasta
ahora. Un brazo extensible y un
sistema de televisión tridimensional
con lente de foco regulable y micrófonos instalados en un soporte
inclinable reducen la carga útil a
70 libras (32 kg). Con el tiempo, el
IRIS contendrá algunos elementos
limitados de inteligencia que le
permitirán rehacer su recorrido a
la inversa incluso si las señales de
control normales se perdieran o
estuvieran bloqueadas por
interferencia.
36
Según Floyd Gelhaus, un director
de programas del EPRI que está
evaluando las posibles aplicaciones
nucleares del IRIS y de otros robots,
en su forma actual el dispositivo de
la ARD ha sido diseñado exclusivamente como vehículo de vigilancia
por control remoto. "Su capacidad
para hacer trabajos fuertes es
limitada", dijo Gelhaus, "pero la
movilidad y la configuración autónoma del transportador, unidas a su
capacidad para transportar varias
cargas útiles, lo convierten en un
valioso miembro del personal
robótico".
Según los planes de Gelhaus, los
técnicos del NDE Center del EPRI
pondrán a prueba el robot antes de
llevarlo a un medio no radiactivo
en una central recién construida.
Duke Power Co. ha convenido en
que los ensayos se realicen en su
nueva central nuclear de Catawba.
La última fase consistirá en poner
a prueba y evaluar el dispositivo en
una central nuclear en funcionamiento.
Gelhaus está estudiando también
cuáles serían las posibles aplicaciones del que probablemente sea
el robot más avanzado de los
construidos hasta el presente: una
máquina de seis extremidades que
puede caminar libremente, conocida
porOdex. Gelhaus observa que el
prototipo del Odex, construido por
Odetics, Inc., "representa un notable
adelanto en su relación pesopotencia", ya que puede levantar
más de cinco veces y media sus
370 libras (168 kg) de peso. Casi
todos los demás robots pueden
levantar poco más de la vigésima
parte de su peso. Y, añadió Gelhaus,
"Con esa potencia podría tener
numerosas aplicaciones". Odetics
ha exhibido a Odex en cinta de
video por todo el país, incluidas
escenas donde se le vé levantando
la parte posterior de una camioneta.
Debido a que cada uno de los
articuladores, o extremidades, de
Odex tiene su propia microprocesadora y a que una séptima
computadora coordina el movimiento general, se pueden realizar
complejas maniobras dirigidas por
un operador o por una computadora
a distancia. La máquina puede hacer
un giro de 360 mientras se desplaza
en cualquier dirección. Sus extremidades articuladas le permiten adoptar
seis perfiles diferentes, desde una
configuración erecta y angosta para
pasar por puertas estrechas hasta una
baja y aplanada. El Odex está equipado con cámaras de TV gemelas
para la transmisión visual.
"El Odex constituye un paso de
avance en el estado actual de los
conocimientos", dice Gelhaus, "pero
habrá que hacer cuidadosas investigaciones para determinar sus aplicaciones en una central nuclear".
La labor del EPRI con Odetics ha
dado lugar a modificaciones conceptuales en materia de diseño que
permitirán al Odex salvar los
obstáculos que encuentre en el
interior de una central energética.
Desarrollo futuro
Desde el punto de vista tecnológico, puede que el Odex esté cerca
del robot inteligente y completamente autónomo que según los
investigadores representaría la unión
definitiva de la automatización de la
máquina y la esfera en desarrollo de
la inteligencia artificial. La capacidad para maniobrar alrededor o por
encima de los obstáculos bajo la
dirección a distancia de un operador
se aproxima al nivel de integración
del control por computadora que se
necesitará para que un robot sea
capaz de responder de manera
autónoma a un conjunto de instrucciones programadas remitiéndose a
una base de datos independiente
para su ubicación, destino, recorrido
y tareas.
Sin embargo, consumar la unión
entre los robots y la inteligencia
artificial es un objetivo de investigación de largo alcance, porque entre
otras dificultades están ampliar las
fronteras del modelado de la geometría tridimensional de las computadoras y estructurar grandes
cantidades de datos de computadora
para el acceso lógico del robot.
Varios programas de investigación,
militares y no militares, en todo el
país se están centrando en los
aspectos de las matemáticas y la
ciencia de las computadoras que a la
larga se aplicarán en este desafío. La
Oficina de Investigaciones Navales
y la Agencia de Proyectos de
Investigaciones Avanzadas para la
Defensa proporcionan la mayor
parte de los recursos de los programas militares. Otros programas,
incluidos los de Stanford University,
Purdue University, University of
Michigan, Massachusetts Institute
of Technology y CMU, incluyen
I y D tanto con fines militares como
no militares.
Irving Oppenheim, profesor
auxiliar de ingeniería civil de la CMU,
está trabajando con el EPRI en un
proyecto de investigaciones que
incluye algunos aspectos del problema y tiene por objeto la posibilidad de aplicar la. inteligencia artificial
en robots para trabajos de construcción y mantenimiento. Ya los
japoneses están utilizando ampliamente dispositivos automáticos para
diversas tareas en la construcción,
pero, en general, no son dispositivos
inteligentes. Según Oppenheim se
necesitan dos elementos para que
los robots sean autónomos: capacidad para detectar y evitar los
obstáculos de manera lógica y una
forma de modelar el ámbito tridimensional de trabajo del robot
para que su "mapa mundi" pueda
referenciarse a medida que ejecuta
la tarea asignada.
OIEA B O L E T Í N , OTOÑO DE 1985
Este robot controlado por radio, llamado
"Kluge", se diseñó con fines de
vigilancia y para transportar diferentes
tipos de equipos. (Cortesía de
Cybernation Inc.)
"Herman" es un manipulador móvil que
se utiliza en la central Y-12 de Oak Ridge,
Tennessee, como sistema de reserva
para trabajar en medios tóxicos o
radiactivos. (Cortesía de Martin
Marietta Energy System, Inc.)
ISIS, diseñado por Hispano Suiza, se
emplea en el reactor Chinon A3 en
Francia para realizar reparaciones.
(Cortesía de Hispano Suiza)
Evolución de la robótica
A u n q u e la industria de la robótica c o m o tal surgió hace
menos de dos decenios, su tecnología puede exhibir amplios
antecedentes antiguos y remotos —desde figurillas musicales
hasta manipuladores mecánicos y máquinas programables—
en t o d o el m u n d o .
Por e j e m p l o , los antiguos griegos, egipcios, etíopes y
chinos crearon una variedad de figuras móviles accionadas
por agua y vapor. Más tarde, en el siglo X V I I I e inicios del
X I X , los artesanos suizos idearon " a u t ó m a t a s " animados
que p o d í a n escribir, dibujar y tocar instrumentos musicales,
y los franceses crearon telares mecánicos controlados
mediante tarjetas perforadas, i n t r o d u c i e n d o así la primera
máquina programable.
Sin embargo, el término " r o b o t " no se empleó ampliamente hasta 1 9 2 1 , cuando se estrenó en Londres la obra
Rossum's Universal Robots del dramaturgo checoslovaco
Karel Capek, que popularizó el derivado de la palabra
checa robota que significa trabajo forzado.
En la actualidad la definición de la palabra " r o b o t "
explica los rápidos avances tecnológicos y las expectativas
modernas. En los Estados Unidos, la Robotics Industries
Association define el robot c o m o un " m a n i p u l a d o r m u l t i funcional reprogramable ideado para mover materiales,
piezas, instrumentos o dispositivos especializados mediante
movimientos variables programados a f i n de realizar diversas
tareas". En el Japón se utilizan las siguientes clasificaciones:
los M I son manipuladores teledirigidos sencillos; los M 2 A
son dispositivos que pueden programarse para que realicen
repeticiones fijas; los M2B son los que pueden realizar
repeticiones variables; los M 3 A son dispositivos de tecnología más avanzada a los que el operador que dirige sus
movimientos puede enseñar una secuencia de pasos; los
M 3 B son robots que pueden controlarse numéricamente
con una c o m p u t a d o r a ; y , por ú l t i m o , los M 4 son robots
con "inteligencia a r t i f i c i a l " capaces de funcionar con
total a u t o n o m í a .
Hoy se considera en general que la tecnología se
encuentra en la fase M 3 , y que la investigación y el desar r o l l o están de lleno en el nivel M 4 . Las plaquetas (chips)
para computadoras, los sensores, las cámaras de televisión
y otros dispositivos electrónicos están impulsando la
evolución. Sin embargo, los expertos dicen que la economía dictará el alcance de las futuras aplicaciones.
En la industria nuclear, las grúas y los manipuladores
mecánicos utilizados en la primera fase del desarrollo se
encuentran entre los precursores de los más avanzados
sistemas de c o n t r o l r e m o t o y de r o b ó t i c a de la actualidad.
En 1958 la Hughes A i r c r a f t creó u n o de los primeros
robots de uso práctico para manipular materiales radiactivos
en las instalaciones nucleares de los Estados Unidos de
América.
El año pasado, en un seminario internacional convocado
conjuntamente por el O I E A y la Agencia para la Energía
Nuclear de la Organización de Cooperación y Desarrollo
Económicos surgieron algunos indicios de lo m u c h o que
ha avanzado la tecnología en la industria nuclear. Más de
200 participantes intercambiaron i n f o r m a c i ó n en la que
detallaron los avances alcanzados en la electrónica, los
sistemas ópticos y visuales así c o m o en la tecnología de
materiales, que se han c o m b i n a d o para p e r m i t i r innovaciones y mejoras. (La publicación Proceedings of the
Seminar on Remote Handling in Nuclear Facilities, puede
obtenerse ya dirigiéndose a O E C D , 2 rue André-Pascal,
75775 Paris, Cedex 16, Francia.)
Las fotos que aparecen en estas páginas muestran algunos
de los sistemas de robots que se u t i l i z a n en la actualidad.
La información para este a r t í c u l o proviene de " I n d u s t r i a l Robots on the L i n e " , p o r Robert A y r e s y Steve M i l l e r ,
Review ( m a y o / j u n i o de 1 9 8 2 ) , y de u n a r t í c u l o de T . Moore publicado en EPRI Journal (noviembre de 1 9 8 4 ) .
Surveyor puede utilizarse para vigilar la
radiación, detectar escapes de vapor y
leer los calibradores. (Cortesía de
Automation Technologies, tnc.)
OIEA BOLETÍN, OTOÑO DE 1985
Un manipulador robótico que se
utiliza en las plantas de reelaboración
y en las instalaciones de desechos
radiactivos del Japón. (Cortesía del
PNC, Japón)
Technology
El M F 3 , ideado por CMS Technologies, Inc.
en la República Federal de Alemania, se
ha utilizado en el último decenio en las
centrales nucleares. (Cortesía de EPRI)
37
La energía nucleoeléctrica y la electrónica
Dice Oppenheim: "Se están
haciendo intentos para encontrar
las matemáticas que permitan a los
robots sortear obstáculos, y se está
trabajando con los que ya existen,
probándolos, descubriendo sus
deficiencias y modificándolos para
lograr algunos de los objetivos que
se han de perseguir con esta capacidad para esquivar los obstáculos.
Por ejemplo, estamos comprobando
si un algoritmo de control puede
resolver la forma de ordenarle a un
robot que dé vueltas alrededor de
dos tubos, y que después se estire
y toque un tercer tubo."
Los progresos en la segunda esfera
de investigación —dotar al robot de
un modelo tridimensional preciso
de su medio de trabajo— podrían
conducir a que algún día el robot
hiciera uso directo de los planos
originales o de los planos definitivos
de toda una central nuclear.
Oppenheim explica: "Es necesario
que haya una estructura de datos, un
programa de computadora, que
almacene todas las dimensiones de
la central, las aberturas en las
paredes, las zonas macizas, las
tuberías, las intersecciones, etc.
Existen dos métodos para abordar
este problema. Uno consiste en
construir un robot que tenga sensores
por todas partes y sencillamente
mantenga ojos y oídos abiertos y
no toque nada. El otro consiste en
usar de alguna manera todos los
datos dimensionales que ya estén
registrados y figuren en los planos
y en los sistemas de diseño ayudados
por computadoras. Estamos explorando el tipo de estructura de datos
que mejor se avenga al problema."
Otra esfera en la que el EPRI ha
promovido investigaciones es el
diseño de centrales nucleares
teniendo en cuenta los robots.
Muchas de las dificultades que
entraña hoy día el uso de robots se
derivan del hecho de que las centrales
no fueron construidas teniendo en
cuenta tales dispositivos; es probable
que las modernas centrales de
reactores del futuro posean características especiales destinadas concretamente a admitir robots de
vigilancia o de mantenimiento.
En virtud de un contrato con el
EPRI, la División de Sistemas
Energéticos Avanzados de la
Westinghouse estudió la viabilidad
de emplear robots en un prototipo
de reactor reproductor en gran
escala. En el análisis se tuvieron en
cuenta distintas tareas de inspección
y mantenimiento, de rutina y no
habituales, y se esbozaron factores
de diseño que podrían mejorar la
aplicabilidad de los robots. Entre
estos factores figuran zonas de
trabajo y acceso adecuadas, tomacorrientes para lámparas y de salida
de potencia y la ubicación de
equipos y otros obstáculos
potenciales.
A medida que se creen más robots
de fines especiales para aplicaciones
nucleares, aumentará la magnitud
de la tarea de evaluar técnicamente
esos dispositivos teniendo en consideración los requisitos de las
compañías de electricidad. El NDE
Center del EPRI puede asumir
mayores responsabilidades en este
sentido, pues ya participó en la
evaluación técnica del IRIS.
Nuevas posibilidades
Los esfuerzos de I y D específicos
y la necesidad inmediata de las
centrales nucleoeléctricas de disminuir los costos de mantenimiento
y el tiempo de exposición profesional
a las radiaciones están abriendo
nuevas posibilidades a la aplicación
de robots en tareas que la mayoría
de la gente preferiría no realizar.
Sin embargo, pese a los significativos logros alcanzados hasta la
fecha, los investigadores advierten
que aún queda mucho por hacer
para que pueda considerarse seriamente que los robots son herramientas fiables y económicas. La
introducción de robots en las
centrales nucleares del país no se
producirá de inmediato, pero ya se
advierte claramente en el criterio
industrial la tendencia a la aplicación de equipos robóticos cuándo
y dónde sea factible.
Michael (Colar, que hasta hace
poco fue director superior de programas del EPRI y participó en el
estudio realizado por el Instituto
sobre las aplicaciones de la robótica
desde el comienzo de estas actividades en 1981, refleja algunas
opiniones heterogéneas sustentadas
por los investigadores en esa esfera.
"Existe alguna tecnología de
robots que permite realizar determinados trabajos", dice Kolar,
"pero lo que no está nada claro es
que esas máquinas se hayan de
utilizar ampliamente en un futuro
cercano." "Todavía hay que resolver
importantes incertidumbres, no sólo
relativas a la dotación física y lógica
de la tecnología, sino también a
otras cuestiones. ¿Será el tiempo
requerido para capacitar al personal
y ejecutar un trabajo con los robots
suficientemente corto para que
resulte práctico? Eso todavía no
está claro." Quizás la NRC decida
reglamentar algunos aspectos del
mantenimiento de la central, y
todavía no está bien definido el
papel de los robots en la concesión
de licencias.
"En última instancia todo se
reducirá a la cuestión económica:
¿son los robots verdaderamente
rentables?", pregunta Kolar. "A
menos que disminuyan los costos
de los sistemas de robots o que
alguien ofrezca proporcionarlos
como parte de un conjunto de
servicios, no creo que veamos
generalizarse en breve el uso de
robots avanzados. Para el EPRI,
el problema es garantizar que en las
centrales entre una buena tecnología. Pero primero, es necesario
averiguar lo que son capaces de hacer
estas máquinas. Si lo logramos,
puede que los robots sean un éxito."
Las compañías de electricidad
están demostrando un creciente
interés en los robots para aplicaciones en las centrales nucleares, por
lo que la comunidad de I y D y la
industria de los robots están
respondiendo con una gama de dispositivos y máquinas con diversas
capacidades. Las actividades en
curso constituyen un ejemplo de
cooperación en la esfera de la
investigación, en el que las compañías grandes y pequeñas, las
universidades, los gobiernos y los
grupos de investigación industrial
trabajan juntos para perfeccionar
la tecnología. Si los éxitos recientes
son en alguna medida indicio del
futuro, la perspectiva de que los
robots hagan una contribución
importante al mejoramiento de la
economía de las centrales es
alentadora.
Otras lecturas ...
Evaluation of Robotic Inspection Systems at Nuclear Power Plants, preparado por la Remote Technology Corp. para la
Comisión de Reglamentación Nuclear de los Estados Unidos de América, NUREG/CR-3717 (marzo de 1984).
Automated Nuclear Plant Maintenance, informe final para RP2232-1, preparado por Battelle, Columbus Laboratories,
505 King Avenue, Columbus, Ohio 43201 (1985).
"Industrial Remote Inspection System", por E.B. Silverman, Proceedings of the Robotics and Remote Handling in
Environments, National Topical Meeting, American Nuclear Society (1984).
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Hostile
O I E A B O L E T Í N , OTOÑO DE 1985